Отношение термического сопротивления к теплопроводности

Таблица теплопроводности материалов на Пли-

Материал	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м·град)	Теплоемкость, Дж/(кг·град)
Плита бумажная прессованая	600	0.07	—
Плита пробковая	80…500	0.043…0.055	1850
Плитка облицовочная, кафельная	2000	1.05	—
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	—	0.04	—
Плиты алебастровые	—	0.47	750
Плиты из гипса ГОСТ 6428	1000…1200	0.23…0.35	840
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77)	200…1000	0.06…0.15	2300
Плиты из керзмзито-бетона	400…600	0.23	—
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99	200…300	0.082	—
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75)	40…100	0.038…0.047	1680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78)	50	0.056	840
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76	350…400	0.093…0.104	—
Плиты камышитовые	200…300	0.06…0.07	2300
Плиты кремнезистые		0.07	—
Плиты льнокостричные изоляционные	250	0.054	2300
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80	150…200	0.058	—
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-96	225	0.054	—
Плиты минераловатные на синтетической связке фирмы «Партек» (Финляндия)	170…230	0.042…0.044	—
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-95	200	0.052	840
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем (ТУ 21-РСФСР-3-72-76)	200	0.064	840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем	125…200	0.056…0.07	840
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих	—	0.048…0.091	—
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66)	50…350	0.048…0.091	840
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-87	80…100	0.045	—
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые	30…35	0.038	—
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00	32	0.029	—
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-80	300	0.087	—
Плиты перлито-волокнистые	150	0.05	—
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-76	250	0.076	—
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-74	150	0.044	—
Плиты перлитоцементные	—	0.08	—
Плиты строительный из пористого бетона	500…800	0.22…0.29	—
Плиты термобитумные теплоизоляционные	200…300	0.065…0.075	—
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74)	200…300	0.052…0.064	2300
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе	300…800	0.07…0.16	2300

Сопротивление композитной стены [ править ]

Параллельное тепловое сопротивление править

Как и в случае с электрическими цепями, полное тепловое сопротивление для стационарных условий можно рассчитать следующим образом.

Параллельное тепловое сопротивление в композитных стенах

Общее термическое сопротивление

1Rtot=1RB+1RC{\displaystyle {{1 \over R_{\rm {tot}}}={1 \over R_{B}}+{1 \over R_{C}}}} (1)

Упрощая уравнение, получаем

Rtot=RBRCRB+RC{\displaystyle {R_{\rm {tot}}={R_{B}R_{C} \over R_{B}+R_{C}}}} (2)

С учетом термического сопротивления теплопроводности получаем

Rt,cond=L(kb+kc)A{\displaystyle {R_{t,{\rm {cond}}}={L \over (k_{b}+k_{c})A}}} (3)

Сопротивление последовательно и параллельно править

Часто целесообразно предполагать одномерные условия, хотя тепловой поток многомерен. Теперь для этого случая можно использовать две разные схемы. Для случая (a) (показанного на рисунке) мы предполагаем изотермические поверхности для нормальных к x-направлению, тогда как для случая (b) мы предполагаем адиабатические поверхности, параллельные x-направлению. Мы можем получить разные результаты для общего сопротивления, и соответствующие фактические значения теплопередачи заключены в скобки . Когда многомерные эффекты становятся более значительными, эти различия увеличиваются с увеличением . Rtot{\displaystyle {R_{tot}}}q{\displaystyle {q}}|kf−kg|{\displaystyle {|k_{f}-k_{g}|}}

Эквивалентные тепловые схемы для последовательно-параллельной композитной стены

Радиальные системы править

Сферические и цилиндрические системы можно рассматривать как одномерные из-за градиентов температуры в радиальном направлении. Стандартный метод может использоваться для анализа радиальных систем в условиях установившегося состояния, начиная с соответствующей формы уравнения теплопроводности, или альтернативный метод, начиная с соответствующей формы закона Фурье . Для полого цилиндра в установившемся режиме без выделения тепла подходящая форма уравнения теплопроводности имеет вид

1rddr(krdTdr)={\displaystyle {{1 \over r}{d \over dr}\left(kr{dT \over dr}\right)=0}} (4)

Где рассматривается как переменная. При рассмотрении соответствующей формы закона Фурье физическое значение рассмотрения как переменной становится очевидным, когда скорость, с которой энергия проходит через цилиндрическую поверхность, представлена ​​какk{\displaystyle {k}}k{\displaystyle {k}}

qr=−kAdTdr=−k(2πrL)dTdr{\displaystyle {q_{r}=-kA{dT \over dr}=-k(2\pi rL){dT \over dr}}} (5)

Где область, перпендикулярная направлению теплопередачи. Уравнение 1 подразумевает, что величина не зависит от радиуса , из уравнения 5 следует, что скорость теплопередачи является постоянной в радиальном направлении.A=2πrL{\displaystyle {A=2\pi rL}}kr(dTdr){\displaystyle {kr(dT/dr)}}r{\displaystyle {r}}qr{\displaystyle {q_{r}}}

Полый цилиндр с условиями конвективной поверхности по теплопроводности

Чтобы определить распределение температуры в цилиндре, уравнение 4 может быть решено с применением соответствующих граничных условий . В предположении, что постоянныйk{\displaystyle {k}}

T(r)=C1ln⁡r+C2{\displaystyle {T(r)=C_{1}\ln r+C_{2}}} (6)

Используя следующие граничные условия, можно вычислить константы иC1{\displaystyle {C_{1}}}C2{\displaystyle {C_{2}}}

T(r1)=Ts,1{\displaystyle {T(r_{1})=T_{s,1}}} а также T(r2)=Ts,2{\displaystyle {T(r_{2})=T_{s,2}}}

Общее решение дает нам

Ts,1=C1ln⁡r1+C2{\displaystyle {T_{s,1}=C_{1}\ln r_{1}+C_{2}}} а также Ts,2=C1ln⁡r2+C2{\displaystyle {T_{s,2}=C_{1}\ln r_{2}+C_{2}}}

Решение для и и подставляя в общее решение, получимC1{\displaystyle {C_{1}}}C2{\displaystyle {C_{2}}}

T(r)=Ts,1−Ts,2ln⁡(r1r2)ln⁡(rr2)+Ts,2{\displaystyle {T(r)={T_{s,1}-T_{s,2} \over {\ln(r_{1}/r_{2})}}\ln \left({r \over r_{2}}\right)+T_{s,2}}} (7)

Логарифмическое распределение температуры схематически показано на вставке эскиза рисунка. Предполагая, что распределение температуры, уравнение 7, используется с законом Фурье в уравнении 5, скорость теплопередачи может быть выражена в следующей форме

Qr=2πLk(Ts,1−Ts,2)ln⁡(r2r1){\displaystyle {Q_{r}={2\pi Lk(T_{s,1}-T_{s,2}) \over \ln(r_{2}/r_{1})}}}

Наконец, для радиальной проводимости в цилиндрической стенке тепловое сопротивление имеет вид

Rt,cond=ln⁡(r2r1)2πLk{\displaystyle {R_{t,\mathrm {cond} }={\ln(r_{2}/r_{1}) \over 2\pi Lk}}} такой, что r2>r1{\displaystyle {r_{2}>r_{1}}}

Как выполнить подсчеты на онлайн калькуляторе

Чтобы получить нужные величины, стоит ввести в онлайн калькулятор регион, в котором будет эксплуатироваться постройка, выбранный материал и предполагаемую толщину стен.

В сервис занесены сведения по каждой отдельной климатической зоне:

• t воздуха;
• средняя температура в отопительный сезон;
• длительность отопительного сезона;
• влажность воздуха.

Температура и влажность внутри помещения — одинаковы для каждого региона

Сведения, одинаковые для всех регионов:

• температура и влажность воздуха внутри помещения;
• коэффициенты теплоотдачи внутренних, наружных поверхностей;
• перепад температур.

Чтобы дом был теплым, и в нем сохранялся здоровый микроклимат, при выполнении строительных работ нужно обязательно выполнять расчет теплопроводности материалов стены. Это несложно сделать самостоятельно или воспользовавшись онлайн калькулятором в интернете. Подробнее о том, как пользоваться калькулятором, смотрите в этом видео:

Для гарантировано точного определения толщины стен можно обратиться в строительную компанию. Ее специалисты выполнят все необходимые расчеты согласно требованиям нормативных документов.

Будем оптимистами

Прежде всего -30 градусов С — температура, которая бывает не каждый год. Средняя месячная температура в Московской области показана в таблице:

	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год
Дмитров	-10,4	-9,5	-4,4	4,3	11,5	15,7	17,5	15,7	10,3	4,0	-2,4	-7,2	3,8
Кашира	-10,9	-9,8	-4,6	4,6	12,2	16,3	17,8	16,5	11,0	4,1	-2,3	-7,0	4,0
Москва	-8,4	-7,8	-2,5	6,0	12,8	16,9	18,5	16,6	11,1	5,0	-1,6	-5,9	5,1

Сам город Москва теплее, чем область, поэтому лучше брать среднее между Дмитровым и Каширой. Усредняя и суммируя от мая по сентябрь, получаем за зиму:

месяц	средн. темп	разница с +20	Ср.мощность  кВт	кВт*час в месяц
сентябрь	10,6	9,4	0,96	695
октябрь	4,0	16,0	1,64	1222
ноябрь	-2,4	22,4	2,30	1655
декабрь	-7,1	27,1	2,78	2069
январь	-10,7	30,7	3,15	2344
февраль	-9,7	29,7	3,05	2048
март	-4,5	24,5	2,51	1871
апрель	4,4	15,6	1,60	1153
май	11,8	8,2	0,84	626
ВСЕГО				13683

За 8 месяцев отопительного сезона мы потратим 4*13683=54732 рублей, в пересчете на 12 месяцев — 4560 руб/мес.
Для тех, кто думает, что это много, можно сказать, что деревянный дом со стенами толщиной 20 см (R=1,54) и перекрытиями, утепленными минватой толщиной 15 см (R=2,50+0,35+0,19=3,04) потребует на 70% больше, т.е. 92976 рублей/год или 7750 руб/мес.

Дальнейшее чтение [ править ]

По этой теме существует большое количество литературы. В общем, работает , используя термин «термическое сопротивление» более инженерно-ориентированный, в то время работ с использованием термина теплопроводности больше Физика-ориентированным. Следующие книги являются репрезентативными, но их можно легко заменить.

• Терри М. Тритт, изд. (2004). Теплопроводность: теория, свойства и приложения . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-306-48327-1.
• Юнес Шабани (2011). Теплообмен: тепловое управление электроникой . CRC Press. ISBN 978-1-4398-1468-0.
• Синцунь Колин Тонг (2011). Современные материалы для терморегулирования электронных корпусов . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4419-7759-5.

Что нужно знать о теплопроводности пенопласта

Способность материала к теплопередаче, проводить или задерживать тепловые потоки принято оценивать коэффициентом теплопроводности. Если посмотреть на его размерность – Вт/м∙С о , то становится понятным, что это величина удельная, то есть определенная для следующих условий:

• Отсутствие влаги на поверхности плиты, то есть коэффициент теплопроводности пенопласта из справочника — это величина, определенная в идеально сухих условиях, которых в природе практически не существует, разве что в пустыне или в Антарктиде;
• Значение коэффициента теплопроводности приведено к толщине пенопласта в 1 метр, что очень удобно для теории, но как-то не впечатляет для практических расчетов;
• Результаты измерения теплопроводности и теплопередачи выполнены для нормальных условий при температуре 20 о С.

Согласно упрощенной методике, при расчетах термического сопротивления слоя пенопластового утеплителя нужно умножить толщину материала на коэффициент теплопроводности, затем умножить или разделить на несколько коэффициентов, используемых для того, чтобы учесть реальные условия работы теплоизоляции. Например, сильное обводнение материала, или наличие мостиков холода, или способ монтажа на стены здания.

Насколько теплопроводность пенопласта отличается от других материалов, можно увидеть в приведенной ниже сравнительной таблице.

На самом деле не все так просто. Для определения значения теплопроводности можно составить своими руками или использовать готовую программу для расчета параметров утепления. Для небольшого объекта обычно так и поступают. Частник или самозастройщик может вообще не интересоваться теплопроводностью стен, а уложить утепление из пенопластового материала с запасом в 50 мм, что будет вполне достаточно для самых суровых зим.

Большие строительные компании, выполняющие утепление стен на площади десятков тысяч квадратов, предпочитают поступать более прагматично. Выполненный расчет толщины утепления используется для составления сметы, а реальные значения теплопроводности получают на натурном объекте. Для этого наклеивают на участок стены несколько различных по толщине листов пенопласта и измеряют реальное термосопротивление утеплителя. В результате удается рассчитать оптимальную толщину пенопласта с точностью до нескольких миллиметров, вместо приблизительных 100 мм утеплителя можно уложить точное значение 80 мм и сэкономить немалую сумму средств.

Насколько выгодно использование пенопласта в сравнении с типовыми материалами, можно оценить из приведенной ниже диаграммы.

Таблица теплового сопротивления строительных материалов

Всю необходимую информацию для индивидуальных расчетов конкретных построек дает представленная ниже таблица сопротивления теплопередаче. Образец расчетов, приведенный выше, в совокупности с данными таблицы может также использоваться и для оценки потери тепловой энергии. Для этого используют формулу Q = S * T / R, где S – площадь ограждающей конструкции, а T – разность температур на улице и в помещении. В таблице приведены данные для стены толщиной 1 метр.

Материал	R, (м2 * °C)/Вт
Железобетон	0,58
Керамзитобетонные блоки	1,5-5,9
Керамический кирпич	1,8
Силикатный кирпич	1,4
Газобетонные блоки	3,4-12,29
Сосна	5,6
Минеральная вата	14,3-20,8
Пенополистирол	20-32,3
Экструдированный пенополистирол	27,8
Пенополиуретан	24,4-50

Приложения

В электронике

Силовые полупроводниковые элементы , как правило , установлены на радиаторах (или охладители) предназначены для содействия эвакуации энергии , произведенной на уровне анода — катодные переходов для диодов , тиристоров , симисторов и GTOs или коллектор-эмиттер для биполярных транзисторов и IGBT — транзисторов , или сток-исток для полевых МОП-транзисторов . В этом случае тепловое сопротивление между переходом и окружающим воздухом складывается из трех тепловых сопротивлений:

Тепловое сопротивление распределительной коробки

Он указан в технических характеристиках производителя. Вот несколько порядков величины термического сопротивления в зависимости от типа обычных корпусов:

• небольшие цилиндрические коробки из пластика или металла (ТО-39 / ТО-5, ТО-92 , ТО-18): от 20 до 175  К / Вт  ;
• плоские промежуточные коробки из пластика ( ТО-220 , ТО-126 / СОТ-32): от 0,6 до 6  К / Вт  ;
• Ящики для компонентов средней мощности, пластиковые или металлические (ISOTOP, ТО-247, ТОП-3, ТО-3): от 0,2 до 2  К / Вт  ;
• модульные шкафы силовых компонентов: от 0,01 до 0,5  К / Вт .

Передача тепла между переходом и корпусом происходит в основном за счет теплопроводности .

Тепловое сопротивление корпуса-радиатора

Это зависит от поверхности контакта между элементом и радиатором, а также от наличия или отсутствия электрического изолятора. Передача тепла между корпусом и радиатором происходит в основном за счет теплопроводности. Например для коробки ТО-3: без изоляции, сухой: 0,25  К / Вт  ; без изоляции, с силиконовой смазкой  : 0,15  К / Вт  ; с изолирующей слюдой 50  мкм и силиконовой смазкой: 0,35  K / Вт .

Тепловое сопротивление теплоотвод-окружающий

Передача тепла между радиатором и окружающим воздухом происходит в основном за счет конвекции  : окружающий воздух облизывает радиатор; нагретый воздух при контакте поднимается вверх, его заменяет более холодный воздух и так далее. Тепловое сопротивление зависит от поверхности радиатора, его типа (плоская, ребристая и  т. Д. ), Ориентации (вертикальные части рассеивают калории лучше, чем горизонтальные), его цвета (черный излучает больше, чем блестящий). Его можно уменьшить путем принудительной циркуляции воздуха (как в персональных компьютерах) или путем циркуляции воды в трубах, предназначенных для этой цели. Тепловое сопротивление указано производителем.

В здании

В случае теплопередачи через стену значения конвекции не учитывают подвод тепла за счет излучения. В официальных текстах приведены значения теплового сопротивления теплообмена внутренней и внешней поверхности ( и ), которые учитывают явления конвекции и излучения.
рпротивv{\ displaystyle R_ {cv}}рsя{\ displaystyle R_ {si}}рsе{\ displaystyle R_ {se}}

Термическое сопротивление материалов иногда используется в тепловых нормах, например, RT 2005 во Франции. Однако от этого количества постепенно отказываются в пользу коэффициента теплопередачи U , который также учитывает использование продукта.

Дальнейшее чтение [ править ]

По этой теме существует большое количество литературы. В общем, работает , используя термин «термическое сопротивление» более инженерно-ориентированный, в то время работ с использованием термина теплопроводности больше Физика-ориентированным. Следующие книги являются репрезентативными, но их можно легко заменить.

• Терри М. Тритт, изд. (2004). Теплопроводность: теория, свойства и приложения . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-306-48327-1.
• Юнес Шабани (2011). Теплообмен: тепловое управление электроникой . CRC Press. ISBN 978-1-4398-1468-0.
• Синцунь Колин Тонг (2011). Современные материалы для терморегулирования электронных корпусов . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4419-7759-5.

Вопросы тестов

1.Изотермические
поверхности, изображенные на рисунке
не могут пересекаться.

2.
Направление теплового потока на рисунке
обозначено цифрой
2,
так как теплота распространяется в
сторону убывания температур.

3.В
случае стационарного одномерного
температурного поля градиент температуры
равен

gradt
=.

4.
Согласно закону Фурье вектор плотности
теплового потока, передаваемого
теплопроводностью
пропорционален градиенту температуры,
взятому с противоположным знаком.

5.Формула
закона Фурье имеет видq
= — λ.

6.Закон
Фурье для стационарного одномерного
температурного поля имеет вид

.

7.Коэффициент
теплопроводности в законе Фурье
характеризует способность
вещества проводить теплоту.

8.Коэффициент
теплопроводности в системе единиц СИ
измеряется в
Вт/(м К).

9.Наибольшим
коэффициентом теплопроводности обладают
чистые металлы.

9.Для
углеродистых сталей коэффициент
теплопроводности в Вт/(м·К) примерно
равен 50.

10.Основным
параметром, влияющим на коэффициент
теплопроводности, является температура.

11.Дифференциальное
уравнение для нестационарного двухмерного
температурного поля имеет вид
.

12.Дифференциальное
уравнение теплопроводности для
нестационарного трехмерного температурного
поля записывается в виде a
.

13.Коэффициент
температуропроводности вычисляется
по формулеa
=.

14.Физический
смысл коэффициента температуропроводности
состоит в том, что он характеризует
скорость изменения температуры в теле.

15.В
большинстве практических задач
приближенно предполагается, что
коэффициент теплопроводности не
зависит
от температуры и одинаков
по всей толщине стенки.

16.Если
δ₁=
100 мм, λ₁=
50 Вт/(м К), δ₂=
100мм, λ₂=
25 Вт/(м К),
то термическое сопротивление двухслойной
стенки, показанной на графике, в (м2К)/Вт
 равно 0,006.

17.Еслиq=
1 кВт/м2,
λ = 50 Вт/(м К), δ = 100мм, t₁=
500,
то для стенки, показанной на графике,
температураравна
___.

Решение:Так
как
=
(–)то
=

18.Еслиλ
= 1 Вт/(м К), δ = 100мм, t₁=
500,t₂=
400,
то плотность теплового потока  в
Вт/м2 твердого
тела, показанного на рисунке, равна1000.

19.Еслиq
= const,
λ₁=
λ₂ ,
то температураt₃,
  для представленного на рисунке
случая равна

20.Если
λ₁=
50 Вт/(м К), λ₂=
30 Вт/(м К),
то плотность теплового потока q
в кВт/м2равна37,5.

21.Термическое
сопротивление трехслойной однородной
плоской стенки вычисляется по формуле.

22.Задача
о распространении теплоты в цилиндрической
стенке при известных и постоянных
температурах на внутренней и наружных
поверхностях, если ее рассматривать в
цилиндрических координатах является
одномерной.

23.Тепловой
поток теплопроводностью через однородную
цилиндрическую стенку, изображенную
на рисунке, вычисляется по формуле .

24.Если
длина трубы равна 1 м,
λ=50 Вт/мК,ΔT=20K,,
то тепловой потокQ
равен 1000Вт.

25.Если
= 1 м,
= 2, λ = 0,05 Вт/(м К), ,
то термическое сопротивление цилиндрической
стенкиравно
.

Решение:

26.График
распределения температуры по толщине
однородной однослойной цилиндрической
стенки на рисунке обозначен цифрой 2.

27.Задача
о распространении теплоты в сферической
стенке при известных и постоянных
температурах на внутренней и наружных
поверхностях, если ее рассматривать в
сферических координатах, является
одномерной.

Стандарты измерений [ править ]

Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Январь 2015 г. )

Тепловое сопротивление перехода к воздуху может сильно различаться в зависимости от условий окружающей среды. (Более сложный способ выразить тот же факт — сказать, что тепловое сопротивление перехода к окружающей среде не зависит от граничных условий (BCI). ) JEDEC имеет стандарт (номер JESD51-2) для измерения термическое сопротивление соединения электронных блоков при естественной конвекции и другой стандарт (номер JESD51-6) для измерения при принудительной конвекции .

Стандарт JEDEC для измерения теплового сопротивления переход-плата (актуальный для технологии поверхностного монтажа ) был опубликован как JESD51-8.

Стандарт JEDEC для измерения термического сопротивления между переходом и корпусом (JESD51-14) является относительно новым, он был опубликован в конце 2010 года; это касается только корпусов, имеющих единый тепловой поток и открытую охлаждающую поверхность.

Величина теплопотерь в коттеджах из клееного бруса

При выборе материала для возведения деревянного дома, важно учитывать климатические особенности региона. Сорт древесины и толщина бруса являются основными параметрами при расчете

Для сухой сосны, чаще всего используемой в производстве клееного бруса, теплопроводность составляет 0,09 Вт/м∙°С поперек волокон и 0,18 Вт/м∙°С вдоль волокон.

Коэффициент сопротивления теплопередаче при использовании сухой древесины толщиной 200 мм будет равняться 2,22 м²•°С/Вт. Для южных российских регионов такой показатель является хорошим, но для средней полосы недостаточен. По действующим стандартам в московской и соседних областях коэффициент сопротивления теплопередаче должен составлять 3,15 м²•°С/Вт, поэтому брусовый дом придется дополнительно утеплять или тратить больше энергии на отопление.

Величина тепловых потерь стен брусового здания зависит от разницы температур снаружи и внутри помещения. Чем холоднее на улице, тем больше энергии будет уходить через стены. В качестве примера, если в 30-градусный мороз требуется поддерживать во внутренних комнатах температуру на уровне 20 градусов, теплопотери составят 62 Вт/ м².

Определить уровень тепловых потерь можно, обратившись в специализированные компании, или воспользовавшись табличными значениями.

Нюансы применения утеплителей

Если сопротивление теплопередачи стены недостаточно для данного региона, то в качестве дополнительной меры могут применяться утеплители. Утепление стен, как правило, производится снаружи, но при необходимости может применяться и по внутренней части несущих стен.

На сегодняшний день существует множество различных утеплителей, среди которых наибольшей популярностью пользуются:

• Минеральная вата.
• Пенополиуретан.
• Пенополистирол.
• Экструдированный пенополистирол.
• Пеностекло и др.

Все они имеют очень низкий коэффициент теплопроводности, поэтому для утепления большинства стен толщины в 5-10 мм, как правило, достаточно. Но при этом следует учесть такой фактор, как паропроницаемость утеплителя и материала стен. По правилам, этот показатель должен возрастать наружу. Поэтому утепление стен из газобетона или пенобетона возможно только с помощью минеральной ваты. Остальные утеплители могут применяться для таких стен, если делается специальный вентиляционный зазор между стеной и утеплителем.

1.3 Термическое сопротивление (сопротивление теплопередаче)

R,м2·оС
/Вт,—
важнейшее теплотехническое свойство
ограждения. Оно характеризуется разностью
температур внутренней и наружной
поверхности ограждения, через 1 м2
которого проходит 1 ватт тепловой энергии
(1 килокалория в час).

,(2)

гдеδ—
толщина ограждения, м;

λ
— коэффициент теплопроводности, Вт/м·оС.

Чем
больше термическое сопротивление
ограждающей конструкции, тем лучше её
теплозащитные свойства. Из формулы (2)
видно, что для увеличения термического
сопротивления R
необходимо либо увеличить толщину
ограждения δ,
либо уменьшить коэффициент теплопроводностиλ,
то есть использовать более эффективные
материалы. Последнее более выгодно из
экономических соображений.

Лирическое отступление

Некоторые могут возразить, мол, строят стены из чистого «Поревита» толщиной 300 мм и в домах тепло — это верно.

Во-первых, не всегда уличная температура держится в своих минимальных значениях и 7–10 морозных дней можно потерпеть в прохладном здании, а во-вторых, можно добиться комфортной температуры в помещении увеличив расход тепловой энергии (газ, дрова, электричество).

Полученный показатель дает лишь рекомендованную толщину стен, при соблюдении которой, получите температуру в +20 °C в помещениях, при соблюдении технологий возведения прочих ограждающих конструкций: пол, потолок, окна, двери.

Ссылки [ править ]

1. ^
   Тони Эбби. «Использование FEA для термического анализа». Журнал Desktop Engineering. 2014 июнь. п. 32.
2. ^ «Дизайн радиаторов» .
3. ^ а б Ласанс, CJM (2008). «Десять лет независимого от граничных условий компактного теплового моделирования электронных деталей: обзор». Теплообменная техника . 29 (2): 149–168. Bibcode : 2008HTrEn..29..149L . DOI : 10.1080 / 01457630701673188 .
4. ^ Хо-Мин Тонг; И-Шао Лай; КП Вонг (2013). Расширенная упаковка Flip Chip . Springer Science & Business Media. стр.  460 -461. ISBN 978-1-4419-5768-9.
5. ^ Юнес Шабани (2011). Теплообмен: тепловое управление электроникой . CRC Press. С. 111–113. ISBN 978-1-4398-1468-0.
6. ^ Клеменс Дж. М. Ласанс; Андраш Поппе (2013). Управление температурным режимом для светодиодных приложений . Springer Science & Business Media. п. 247. ISBN. 978-1-4614-5091-7.
7. ^ «Эксперимент против моделирования, часть 3: JESD51-14» . 2013-02-22.
8. ^ Швейцер, Д .; Pape, H .; Chen, L .; Kutscherauer, R .; Уолдер, М. (2011). «Переходное измерение двойного интерфейса — новый стандарт JEDEC для измерения термического сопротивления перехода между корпусом». 2011 27-й ежегодный симпозиум IEEE Semiconductor по тепловым измерениям и управлению . п. 222. DOI10,1109 / STHERM.2011.5767204 . ISBN 978-1-61284-740-5.
9. ^ a b Incropera, Девитт, Бергман, Лавин, Фрэнк П., Дэвид П., Теодор Л., Эдриенн С. (2013). Принципы тепломассообмена . Джон Уайли и сыновья; 7-е издание, международное издание. ISBN 978-0470646151.

10. К. Эйналипур, С. Садегзаде , Ф. Молаи. «Инженерия межфазного термического сопротивления гетероструктуры полианилин (C3N) -графен», Журнал физической химии, 2020. DOI: 10.1021 / acs.jpcc.0c02051

• Михаэль Ленц, Гюнтер Стридл, Ульрих Фрелер (январь 2000 г.) Термическое сопротивление, теория и практика . Infineon Technologies AG , Мюнхен , Германия .
• Directed Energy, Inc./IXYSRF (31 марта 2003 г.) R Theta And Power Dissipation Technical Note . Ixys RF , Форт-Коллинз, Колорадо. Пример расчета теплового сопротивления и рассеиваемой мощности в полупроводниках.

Теплые конструкции

Для увеличения теплового термического сопротивления следует использовать современные материалы, в которых показатели проводимости тепла максимально низкие. Количество таких материалов сейчас увеличивается. Популярными стали:

1. Деревянные конструкции. Считаются экологически чистым материалом, потому многие предпочитают вести строительство, используя именно этот компонент. Использоваться может любой вид окультуренной древесины: сруб, бревно, брус. Чаще применяют сосну, ель или кедр, показатели проводимости которых по сравнению с другими материалами достаточно низкие. Необходимо произвести защиту от атмосферных воздействий, вредителей. Материал покрывается дополнительным слоем, защищающим от негативных факторов.
2. Керамические блоки.

Пример защиты от внешнего воздуха

1. Сэндвич-панели. В последнее время этот материал становится все более популярным. Основные преимущества: дешевизна, высокие показатели сопротивляемости холоду. В материале имеется множество воздушных ячеек, иногда делают «пенную» структуру. Например, некоторые типы панелей имеют вертикальные воздушные каналы, которые неплохо защищают от холода. Другие компоненты делаются пористыми, чтобы большое количество заключенного воздуха помогло справиться с поступающим холодом.
2. Керамзитобетонные материалы. Их использование также позволит надежно защитить жилище от холода.
3. Пеноблоки. Конструкция делается пористой, но достигается это не простым вклиниванием воздушных прослоек, а путем произведения химической реакции. Иногда в цемент добавляется пористый материал, который поверху покрывается застывшим раствором.

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному — интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами — Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие «тепловое сопротивление материала». Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см — 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Заключение

Таинство теплотехнического расчета открывает не только возможность в подборе стеновых ограждений: пирог утепленной кровли, полы первого этажа и чердачные перекрытия, всё считается с применением этих формул. Для пола нужно учитывать, что температура в пространстве между землей и полом не опускается ниже +5 градусов, поэтому требуемое сопротивление тепловой защите придется подобрать по-новой.

Станет ли дом тёплым и экономичным зависит только от вас, а в следующей статье мы разберём вопросы: конденсата, точки росы, правильного утепления газобетона и почему в качестве утеплителя стен не стоит использовать пенопласт и пенополистирол.